Natural selection should favor selective foraging in deer to choose among nutrients in plant communities to meet their physiological requirements. I designed a two-tier cafeteria-style experiment where I measured plant nutritional quality and white-tailed deer (Odocoileus virginianus) use on 1) 15 species of herbaceous plants, and 2) 2 species of plants of manipulated nutrient concentrations. I tested the hypotheses: 1) deer use across plants would be influenced by plant nutrients, and 2) soil nutrients would influence plant selection by deer. My analyses indicated deer selected plants of low neutral detergent fiber and sulfur concentrations. However, deer selected for crude protein. I also confirmed soil nutrients indirectly influenced diet selection. Nutrient augmentation altered phosphorus concentrations within plants, and plant phosphorus concentration explained 47% of the variation in diet selection. My data indicated deer use both nutrient maximization and avoidance to balance diet selection and plants mediate the indirect effects of soil nutrients availability on herbivore diet selection.

No description available.

The importance of resource supply and herbivory in driving competitive interactions among species has been an important but contentious issue within ecology. These variables exhibit different effects on species competition when manipulated in isolation but interact when manipulated together. I tested the direct and interactive effects of nutrient addition and simulated grazing (clipping) on the competitive performance of primary producers and community structure of a seagrass bed in South Florida. One square meter experimental plots were established in a mixed seagrass meadow from August 2007 to July 2009. The experiment was a 3 x 3 factorial experiment: 3 fertility treatments: control, medium (2.4 mg N d-1 and 80 µg P day-1) and high (4.8 mg N d-1 and 160 µg P day-1) x 3 clipping intensities (0, 25% and 50 % biomass removal (G)) x 5 replicates for each treatment = 45 plots). Nutrient additions and simulated grazing were done every two months. Fertilization and simulated grazing decreased sexual reproduction in S. filiforme. Fertilization increased competitive dominance within the primary producers while simulated grazing counteracted this effect by removal of the dominant species. Fertilization ameliorated the negative impacts of simulated grazing while simulated grazing prevented competitive exclusion in the fertilized plots. Nutrient addition and simulated grazing both exerted strong control on plant performance and community structure. Neither bottom up nor top down influences was eliminated in treatments where both factors where present. The effects of fertilization on plant performance were marked under all clipping intensities indicating that the system is regulated by nutrient availability both in the presence or absence of grazers. Clipping effects were strong under both fertilized and unfertilized conditions indicating that the seagrass bed can be simultaneously under top-down control by grazers.

Las actividades antropogénicas han producido cambios en los ecosistemas alrededor del mundo. En las regiones tropicales de suramérica, la industrialización de las ciudades y el desmonte de los bosques por medio de quemas son las principales actividades que producen y expulsan contaminantes a la atmósfera e inducen cambios en los patrones de deposición de nutrientes y en el clima de los bosques primarios. El nitrógeno (N) y el fósforo (P) son considerados los principales nutrientes que limitan crecimiento en las plantas ya que su disponibilidad es vital para la cadena de producción primaria de los bosques. Por esta razón, cualquier cambio en la disponibilidad de N o P en los suelos probablemente alteraría importantes mecanismos de la dinámica de los bosques tales como el crecimiento y la sobrevivencia. Cambios en el pH de los suelos (acidez), en los ciclos de nutrientes y en la cantidad de nutrientes afectan la disponibilidad de N y P y producen cambios en varios procesos fisiológicos de los árboles. Si bien bajas proporciones de nutrientes depositados han sido descritas para los bosque montanos del sur del Ecuador (ca. 5 kg ha–1 for N, 0.49 kg ha–1 for P), incluso a estos niveles se espera cambios en la estructura y en la dinámica de los bosques a largo plazo. El grado de reacción de los bosques a los cambios en la disponibilidad de recursos es diferente con cada edad, estatus de sucesión natural, tanto como la etapa de vida de las plantas. Las plántulas de árboles (plantas jóvenes) deberían ser más sensibles a responder a cambios en la disponibilidad de nutrientes que los árboles del bosque maduro. Además, cualquier respuesta en la demografía de las plantas es probablemente más visible en las plántulas antes que en el bosque maduro debido a que las plántulas tienen una dinámica más rápida. Por esta razón, yo estudié la dinámica de la regeneración del bosque montano para entender qué procesos relacionados con los nutrientes están involucrados en el crecimiento y el establecimiento de las plántulas en ambos niveles, individual y de la comunidad de especies. El experimento ecuatoriano de manipulación de nutrientes (NUMEX) ha sido diseñado para estudiar los cambios en el bosque montano como respuesta a la moderada fertilización. El experimento ha sido instalado en un gradiente altitudinal en tres principales sitios de estudio (1000 m.s.n.m.: Bombuscaro, 2000 m.s.n.m.: San Francisco, 3000 m.s.n.m.: Cajanuma) dentro del Parque Nacional Podocarpus y de la Reserva San Francisco. El experimento factorial consiste en cuatro bloques que contienen las parcelas experimentales (N, P, N+P, control) en cada sitio de estudio (16 parcelas por elevación). La fertilización ha sido realizada desde el 2008 añadiendo moderada cantidad de fertilizantes (i.e., 50 kg ha–1 y–1 of N and/o 10 kg ha–1 y–1 of P). Para el estudio de la regeneración de las plántulas de especies de árboles, se utilizaron tres diferentes metodologías para evaluar la comunidad de especies y las respuestas de las especies comunes a la fertilización. La primera metodología consiste en el monitoreo de las comunidades de plántulas en el bosque a 2000 m en tres años consecutivos (2011 – 2013). En 192 sub-parcelas de monitoreo (1m2 cada uno) en San Francisco, todas las plántulas y retoños fueron mapeados y etiquetados. Se estimaron y midieron altura, diámetro, herbivoría y producción de hojas en todos los individuos y se contó en número de nuevos reclutados en cada censo. La segunda metodología determinó patrones de alocación de biomasa y la estequiometría de las plántulas de las seis especies comunes a lo largo del gradiente altitudinal. Las siguientes especies naturalmente abundantes fueron cosechadas: Clarisia racemosa y Pouteria torta en Bombuscaro, Graffenrieda emarginata y Palicourea angustifolia en San Francisco and Grafferieda harlingii y Hedyosmum purpuracens en Cajanuma. Morfología (alocación de biomasa, herbivoría y áreas foliares como: SLA, LAR, LA) y estequiometría de las hojas (contenidos de nutrientes y radios de N:P) fueron medidos y analizados. La tercera metodología consiste en un experimento recíproco de transplante de plántulas (STE) dentro de las parcelas experimentales de NUMEX usando como especie focal, Pouteria torta, para evaluar respuestas específicas en el desenvolvimiento de las plántulas después de un año del experimento. Los tres niveles de análisis mostraron respuestas diferentes a la fertilización de la comunidad de especies de plántulas y de las especies comunes. Contrariamente a los bosques bajos, la comunidad de especies en el bosque montano mostró una moderada respuesta a la fertilización. La densidad de los individuos decreció como consecuencia de la adición de nutrientes y como resultado del bajo reclutamiento en las parcelas experimentales, pero la mortalidad de las plántulas no fue afectada. Consecuentemente los mecanismos dependientes de la densidad activados por la absorción de N no mostraron evidencia de ser el principal eje impulsor de cambios en la densidad de las especies. La comunidad de plántulas no mostró crecimiento por la adición de nutrientes a pesar de que las plántulas en los parcelas de N en general fueron siempre más altas con relación a las plántulas de las parcelas control. Sin embargo, la adición de N incrementó la herbivoría en todas las plántulas lo cual podría enmascarar las reales respuestas de crecimiento. Las especies comunes aparentemente están bien adaptadas a los suelos relativamente pobres debido a que las especies no fueron favorecidas por los cambios en los nutrientes del suelo, mostrando pocos o ningún cambio en crecimiento o en la morfología de las hojas. En un largo período de tiempo, las especies comunes perderían su dominancia por ser menos competitivas que las especies de crecimiento rápido. Sin embargo, se necesitaría un período de tiempo de monitoreo largo bajo continua fertilización para producir cambios visibles en la composición de las comunidad. Las respuestas específicas son difíciles de determinar en comunidades ricas en especies. Por ello, se llevó a cabo el análisis de las seis especies más comunes en un estudio complementario al monitoreo de las comunidad de especies de plántulas. Se evaluó la morfología de las hojas y plántulas además de la estequiometría de las hojas en plántulas cosechas en las parcelas experimentales. Ambos nutrientes (N y P), provocaron efectos en los atributos estudiados sugiriendo una estrecha co-limitación de N y P en las especies de árboles en todos los niveles altitudinales. Sin embargo, los radios de N:P y la frecuente respuesta de las especies a la adición del P indicaron que este nutriente podría ser más limitante que el N a lo largo del gradiente. El grado de reacción de las especies estudiadas varía entre las seis especies. Mayor concentración de P en las hojas en relación al N fue evidente en todas las especies menos en Pouteria torta sugiriendo un alto consumo de P en las especies del bosque montano, similar a las respuestas encontradas en otras especies de plantas tropicales después de fertilización con P. El incremento de la herbivoría fue evidente solamente en dos especies aunque las respuestas fueron opuestas en G. emarginata (N y N+P) y en P.angustifolia (P) a 2000 m mostrando que la selección de las plantas por herbivoría es impulsada por la calidad de los recursos. Muchas de las especies estudiadas mostraron alta maximización de la adquisición de recursos debajo del suelo por la acumulación de biomasa en las raíces, con excepción de G. harlingii a 3000 m., la única especies que mostró alocación significativa de biomasa sobre el suelo como respuesta de la adición de nutrientes. Las plántulas de Pouteria torta mostraron un cambio no significativo en el desenvolvimiento de las especies después de un año de fertilización en STE. Pouteria torta está bien adaptada a los suelos pobres, ya que la adición de N y P no alteró las concentraciones foliares de nutrientes. Sin embargo, la adición de N y N+P significantemente incrementó la mortalidad y el crecimiento de diámetro. La adición de P resultó en un incremento de la perdida de área foliar por herbivoría y desplazó la alocación de carbono al crecimiento de las raíces. Estas respuestas indicaron consecuencias en la fuerza de competencia en el sotobosque y el éxito de reclutamiento de Pouteria. Sin embargo, debido a que las respuestas son ambigüas de algunos atributos (crecimiento y herbivoría) y no están relacionadas con mortalidad es difícil establecer predicciones acerca de la futura abundancia de esta especie a largo plazo. En conclusión, estudios complementarios demostraron que la limitación de un único nutriente en las especies de los bosques montanos no ocurre en un ecosistema rico en especies, a pesar de que los nutrientes están fuertemente correlacionados en mecanismos para la supervivencia y crecimiento. Por consiguiente, la fertilización con nutrientes afectaría varios mecanismos y dinámicas en las comunidades de plantas, el resultado de los cuales se desarrollaría en una escala de largo tiempo.

Wastewater application to land can be a useful tool for mitigating impacts of nutrient enrichment on aquatic systems. A land application treatment system at VCU’s Rice Rivers Center in Charles City County, VA provided an opportunity to study the impact of wastewater addition on the biogeochemistry of forests representative of the Mid-Atlantic Coastal Plain. Nutrient concentrations in throughfall and leachate were measured at Treatment and Control sites to assess differences in nutrient deposition and retention. Wastewater amended plots from the Walter L. Rice education building received 20-fold (N) and 6-fold (P) higher inputs relative to Control plots and plots located at the Virginia Department of Game and Inland Fisheries building. Despite higher inputs, leaching losses of P from the Rice Treatment plots were comparable to Control plots, indicating that the land-based application system effectively mitigated wastewater loads. Leaching losses of nitrate were two-fold higher from Treatment plots relative to Controls, suggesting a potential N saturation effect and a reduction in N retention capacity of the treated forest. Nitrogen effects on vegetation were indicated by lower root biomass and greater root N content among Treatment plots relative to Control plots. Overall, these results suggest that wastewater–amended plots near the Rice education building receive appreciably higher nutrient inputs and could, therefore, serve as a model system for assessing effects on forest ecosystems.

Los suelos de los bosques tropicales desempeñan un papel importante en el clima de la Tierra mediante el intercambio con la atmosfera de grandes cantidades de gases de efecto invernadero (GEI). Sin embargo, esta importante función podría ser alterada por las actividades humanas causando el aumento en la deposición de nutrientes en los ecosistemas terrestres, especialmente en las regiones tropicales. Las causas de cómo el incremento de las cantidades de nutrientes está afectando los flujos de suelo de los GEI de los bosques tropicales es relativamente poco conocida, por ello los monitoreos de nutrientes in situ de los bosques montanos tropicales (BHT) son aún menos comprendidos. Ya que los BHT representan alrededor del 11-21% de la superficie forestal tropical, es de vital importancia predecir y cuantificar los cambios en los flujos de GEI del suelo en respuesta a la adición de nutrientes ya que podrían favorecer la retroalimentación a otros cambios globales. Esta tesis tiene como objetivo cuantificar el impacto de adición moderada de nitrógeno (N) y/o fósforo (P) en los flujos de tres GEI en suelo: dióxido de carbono (CO2), óxido nitroso (N2O) y el metano (CH4), a lo largo de un gradiente altitudinal (1000 m, 2000 m, 3000 m) de los BHT primarios en el sur de Ecuador. Desde hace más de cinco años, se ha medido los flujos de GEI del suelo en un experimento de manipulación de nutrientes (‘NUMEX’, por sus siglas en inglés), con replicas para control, y la adición de N (50 kg N ha-1 año-1), P (10 kg P ha-1 año-1) y N+P. Las mediciones in situ se realizaron mensualmente utilizando cámaras ventiladas estáticas, seguido por un análisis de cromatografía de gases para conseguir una perspectiva más profunda sobre los procesos implicados en el intercambio suelo-atmósfera de GEI. Se realizaron nuevas investigaciones incluyendo el monitoreo de factores básicos de control (i.e. temperatura del suelo, humedad y las concentraciones del N mineral), los diferentes componentes de los flujos de CO2 del suelo, tasas de reciclaje netos de N y fuentes de los flujos de N2O del suelo. Con este propósito, se utilizó la extracción de hojarasca y técnicas de excavación de zanjas (trenching technique), incubación de las muestras in situ (buried bag method) y el etiquetaje de 15N de corto plazo. Los flujos de GEI del suelo en los bosques que estudiados se mostraron en el rango de aceptado de los flujos de gases de otras BHT en elevaciones comparables, excepto para el N2O. Los flujos de N2O, que se derivan principalmente de la des nitrificación, fueron bajos para un TMF lo que se puede atribuir a los ciclos conservativos de N del suelo en nuestros sitios de estudios. Los suelos fueron fuentes de CO2 y N2O (la intensidad del recurso disminuye al aumentar la altitud) y en todas las elevaciones el CH4 es bajo. Encontramos efectos de los nutrientes en todos los flujos de GEI medidos en cada elevación. Las respuestas de los flujos de CO2 del suelo cambian con la duración y el tipo de nutrientes adicionado. En 1000 m, la adición del N no afecta los flujos de CO2 del suelo, mientras que las adiciones de P y N+P disminuyeron los flujos en el primer y cuarto a quinto año. En 2000 m., la adición de N y N+P incrementa los flujos de CO2 en el primer año; a partir de entonces, la adición del N disminuye los flujos mientras que la adición de N + P no mostro ningún efecto la adición de P carece de efectos. En 3000 m, la adición de N además incrementó los flujos de CO2 constantemente; la adición de P y N+P aumentaron los flujos sólo en el primer año a partir de entonces no existió ningún efecto. Los efectos diferenciales de los nutrientes estuvieron relacionados a un estatus del N y P y respuestas variadas de los componentes de la respiración del suelo. Las respuestas de los flujos de N2O y CH4 a la adición de nutrientes mostraron gran variabilidad entre años. Los flujos de N2O no se vieron afectados por la adición de tres a cinco años de N a pesar de las diferencias significativas observadas durante los dos primeros años del mismo experimento. Atribuimos la ausencia de las respuestas en años mas tardíos debido a los contenidos bajos de humedad del suelo en nuestro periodo de monitoreo 2010-2012. En todo el gradiente altitudinal, la adición de P disminuyó los flujos de N2O y las concentraciones de N mineral, presumiblemente debido a que alivió de la limitación del P en la producción primaria neta, lo que aumentó la captación de N a través de las plantas. La adición de N+P además mostró tendencias similares las respuestas a la adición de N solamente, pero con efectos menos fuertes debido a los efectos contrapuestos de la adición de P. Durante los dos primeros años de la adición de nutrientes, los flujos de CH4 no se vieron afectados en ninguna elevación, lo cual atribuimos a la combinación de cantidades moderadas de nutrientes añadidos, la fuerte inmovilización de nutrientes, y la separación de la más alta capacidad de absorción de CH4 en el subsuelo de la superficie del suelo donde se añaden fertilizantes. En el tercer a quinto año, la adición de nutrientes del suelo aumentaron la captación de CH4, aunque los efectos de N y P variaron a lo largo del gradiente altitudinal: en 1000 m, la adición de N y N+P aumentó la captación anual de CH4 a 20-60%; en 2000 m P y N+P incrementaron la captación a 21-50%; y en 3000 m la adición de P y N+P incrementó la captación de CH4 a 34-40%. Estos efectos diferenciales de la adición de nutrientes pueden estar relacionados con el estatus inicial de del suelo y respuesta diferenciales de otros componentes del ecosistema a la adición de nutrientes en cada elevación. Demostramos que los flujos de GEI del suelo y consecuentemente la red potencial de calentamiento global del suelo pueden cambiar considerablemente a lo largo de un gradiente de elevación, siguiendo una tendencia general de disminución con el aumento de la elevación. Los resultados indican además que la elevada deposición de N y P puede afectar los flujos de GEI del suelo en los BHT Andinos, pero las respuestas a los flujos de GEI a la adición de nutrientes depende del estatus inicial de los nutrientes del suelo, la duración de la adición de nutrientes y la variabilidad inter-anual de las condiciones climáticas. Puesto que los efectos de la adición de nutrientes fueron no lineares con el tiempo de exposición y a la par existen complejas interacciones con otros componentes del ecosistema, aún quedan muchas incertidumbres en la predicción exacta de los efectos de la deposición de nutrientes en los flujos de GEI. Sin embargo, ofrecemos los primeros datos sobre los efectos de nutrientes a medio plazo de N, P y N+P en los flujos de los tres principales gases de efecto invernadero del suelo a lo largo de un gradiente altitudinal de los BHT Andina. Nuestros resultados sugieren que la red potencial de calentamiento global de los suelos en todo el gradiente altitudinal podría aumentar ligeramente con la entrada contribución de N, mientras que podría disminuir con el aumento de la contribución de P y N+P.

Os serviços ecossistêmicos se traduzem em benefícios diretos e indiretos obtidos pelos seres humanos do ambiente natural graças ao papel imprescindível dos ecossistemas para o seu bem-estar, saúde e desenvolvimento socioeconômico. Considerando o serviço ecossistêmico de purificação da água, a retenção de nitrogênio e fósforo pelos ecossistemas aquáticos depende de uma combinação de mecanismos físicos, químicos e biológicos que transformam o nutriente no sentido longitudinal de um curso de água. A retenção é majoritariamente estudada em ambientes temperados, mas ainda pouco se sabe sobre como as características ambientais de sistemas tropicais podem afetá-la. O objetivo principal dessa pesquisa foi estimar a retenção de macronutrientes em riachos localizados no bioma Cerrado (SP). Avaliaram-se, além das características físicas e químicas, as taxas de retenção de nitrato, amônio e fosfato em trechos de quatro riachos caracterizados por gradientes de concentrações ambientais para testar hipóteses vinculadas ao nível de enriquecimento por nutrientes e ao papel de riachos tropicais sobre a retenção ecossistêmica. No período de janeiro a outubro de 2017, foram realizados pulsos de nutrientes, segundo o método Tracer Additions for Spiraling Curve Characterization, para modelagem e quantificação de métricas de retenção desses nutrientes (distância, taxa e velocidade de retenção em condições ambientais), além do comportamento cinético de cada adição. Os riachos foram hierarquizados conforme o nível de enriquecimento por fosfato, variável utilizada como discriminante de tal enriquecimento em função de sua significativa variação inter-riachos. Com relação às métricas de retenção, foram encontradas diferenças espaciais significativas entre riachos, enquanto que não foram observadas diferenças temporais entre coletas. Em geral, riachos não enriquecidos apresentaram distâncias de retenção em geral menores (8-418 m para nitrato, 38-172 m para amônio e de 60-560 m para fosfato) em comparação a ambientes enriquecidos (56-508 m para nitrato, 35-253 m para amônio e de 77-391 m para fosfato). Além disso, os riachos não enriquecidos apresentaram maior velocidade de retenção (máximas de 123 mm min-1 para nitrato, 68 mm min-1 para amônio e 17 mm min-1 para fosfato), além de taxas de retenção (µg m-2 min-1) superiores em comparação aos enriquecidos. O nitrato apresentou maiores taxas ambiental de retenção (média geométrica de 999,3 µg m-2 min-1), enquanto o amônio apresentou menor distância ambiental de retenção (média geométrica de 85,7 m) e maior velocidade ambiental de retenção (média geométrica de 6,9 mm min-1). No ajuste cinético da retenção, não foi evidenciada a saturação de concentrações para nenhum caso. O modelo Efficiency-Loss mostrou melhor ajuste cinético aos dados experimentais que os modelos cinéticos de Michaelis-Menten e primeira ordem. As métricas de retenção obtidas são de magnitudes superiores às normalmente reportadas na literatura para riachos de pequeno porte em outros biomas, o que reforça a importância da preservação e conservação de riachos tropicais. Para isso, sugere-se especial atenção ao controle e disciplinamento das formas de uso e ocupação do solo nestas bacias. Concluiu-se que os riachos analisados desempenham um papel relevante como sumidouros de N e P, o que os permite colocar na categoria de cursos de água estratégicos em relação ao serviço ambiental de retenção de nutrientes. . / Aquatic systems are responsible for key ecosystems services, providing direct and indirect benefits for human beings such as well-being, health and socio-economic development. The ecosystem service of water purification is one of their main functions. Nutrient uptake in surface waters is a combination of physical, chemical and biological mechanisms which transform the nutrient in a downstream direction. The nutrient uptake has been mostly studied in temperate environments, but little is known about how the environmental characteristics of tropical systems could affect it. The main objective of this study was to estimate the nutrient uptake in streams located in the Cerrado biome (SP). In addition to the physical and chemical characteristics, nitrate, ammonium and phosphate uptake rates were evaluated in reaches of four streams characterized by gradients of environmental concentrations. Also we tested hypotheses regarding the level of nutrient enrichment and the role of tropical streams on the whole ecosystem uptake. From January to October 2017, nutrient additions were carried out according to the Tracer Additions for Spiraling Curve Characterization method, in order to model and quantify nutrient uptake metrics (uptake lenght, uptake rate and uptake velocity under ambient conditions) and to characterize the kinetics of each addition. The streams were ranked according to the level of enrichment by phosphate, since its concentrations showed significant variation across streams. Significant spatial differences were found across streams, while no temporal differences were observed among sampling periods. In general, non-enriched streams generally had lower uptake lengths (8-418 m for nitrate, 38-172 m for ammonium and 60-560 m for phosphate) in comparison to enriched streams (56-508 m for nitrate, 35 -253 m for ammonium and 77-391 m for phosphate). Non-enriched streams showed higher uptake velocities (maximum of 123 mm min-1 for nitrate, 68 mm min-1 for ammonium and 17 mm min-1 for phosphate), as well as uptake rates (µg m-2 min-1) greater than enriched streams. Nitrate had higher ambient uptake rates (geometric mean of 999.3 µg m-2 min-1), while ammonium had lower ambient uptake length (geometric mean of 85.7 m) and higher ambient uptake velocity (geometric mean of 6.9 mm min-1). The uptake kinetics modelling suggested that no nutrient saturation occurred in any case. The Efficiency-Loss kinetic model had better fit to the experimental data than Michaelis-Menten and first-order kinetic models. The retention metrics obtained are higher than those normally reported in the literature for low-order streams in other biomes, which highlights the importance of preservation and conservation of tropical streams. Special attention should be given to the control and management of the land use forms in these watersheds. The studied streams play a relevant role as sinks of N and P, indicating they are strategic watercourses regarding the environmental service of nutrient uptake.

Os serviços ecossistêmicos se traduzem em benefícios diretos e indiretos obtidos pelos seres humanos do ambiente natural graças ao papel imprescindível dos ecossistemas para o seu bem-estar, saúde e desenvolvimento socioeconômico. Considerando o serviço ecossistêmico de purificação da água, a retenção de nitrogênio e fósforo pelos ecossistemas aquáticos depende de uma combinação de mecanismos físicos, químicos e biológicos que transformam o nutriente no sentido longitudinal de um curso de água. A retenção é majoritariamente estudada em ambientes temperados, mas ainda pouco se sabe sobre como as características ambientais de sistemas tropicais podem afetá-la. O objetivo principal dessa pesquisa foi estimar a retenção de macronutrientes em riachos localizados no bioma Cerrado (SP). Avaliaram-se, além das características físicas e químicas, as taxas de retenção de nitrato, amônio e fosfato em trechos de quatro riachos caracterizados por gradientes de concentrações ambientais para testar hipóteses vinculadas ao nível de enriquecimento por nutrientes e ao papel de riachos tropicais sobre a retenção ecossistêmica. No período de janeiro a outubro de 2017, foram realizados pulsos de nutrientes, segundo o método Tracer Additions for Spiraling Curve Characterization, para modelagem e quantificação de métricas de retenção desses nutrientes (distância, taxa e velocidade de retenção em condições ambientais), além do comportamento cinético de cada adição. Os riachos foram hierarquizados conforme o nível de enriquecimento por fosfato, variável utilizada como discriminante de tal enriquecimento em função de sua significativa variação inter-riachos. Com relação às métricas de retenção, foram encontradas diferenças espaciais significativas entre riachos, enquanto que não foram observadas diferenças temporais entre coletas. Em geral, riachos não enriquecidos apresentaram distâncias de retenção em geral menores (8-418 m para nitrato, 38-172 m para amônio e de 60-560 m para fosfato) em comparação a ambientes enriquecidos (56-508 m para nitrato, 35-253 m para amônio e de 77-391 m para fosfato). Além disso, os riachos não enriquecidos apresentaram maior velocidade de retenção (máximas de 123 mm min-1 para nitrato, 68 mm min-1 para amônio e 17 mm min-1 para fosfato), além de taxas de retenção (µg m-2 min-1) superiores em comparação aos enriquecidos. O nitrato apresentou maiores taxas ambiental de retenção (média geométrica de 999,3 µg m-2 min-1), enquanto o amônio apresentou menor distância ambiental de retenção (média geométrica de 85,7 m) e maior velocidade ambiental de retenção (média geométrica de 6,9 mm min-1). No ajuste cinético da retenção, não foi evidenciada a saturação de concentrações para nenhum caso. O modelo Efficiency-Loss mostrou melhor ajuste cinético aos dados experimentais que os modelos cinéticos de Michaelis-Menten e primeira ordem. As métricas de retenção obtidas são de magnitudes superiores às normalmente reportadas na literatura para riachos de pequeno porte em outros biomas, o que reforça a importância da preservação e conservação de riachos tropicais. Para isso, sugere-se especial atenção ao controle e disciplinamento das formas de uso e ocupação do solo nestas bacias. Concluiu-se que os riachos analisados desempenham um papel relevante como sumidouros de N e P, o que os permite colocar na categoria de cursos de água estratégicos em relação ao serviço ambiental de retenção de nutrientes. . / Aquatic systems are responsible for key ecosystems services, providing direct and indirect benefits for human beings such as well-being, health and socio-economic development. The ecosystem service of water purification is one of their main functions. Nutrient uptake in surface waters is a combination of physical, chemical and biological mechanisms which transform the nutrient in a downstream direction. The nutrient uptake has been mostly studied in temperate environments, but little is known about how the environmental characteristics of tropical systems could affect it. The main objective of this study was to estimate the nutrient uptake in streams located in the Cerrado biome (SP). In addition to the physical and chemical characteristics, nitrate, ammonium and phosphate uptake rates were evaluated in reaches of four streams characterized by gradients of environmental concentrations. Also we tested hypotheses regarding the level of nutrient enrichment and the role of tropical streams on the whole ecosystem uptake. From January to October 2017, nutrient additions were carried out according to the Tracer Additions for Spiraling Curve Characterization method, in order to model and quantify nutrient uptake metrics (uptake lenght, uptake rate and uptake velocity under ambient conditions) and to characterize the kinetics of each addition. The streams were ranked according to the level of enrichment by phosphate, since its concentrations showed significant variation across streams. Significant spatial differences were found across streams, while no temporal differences were observed among sampling periods. In general, non-enriched streams generally had lower uptake lengths (8-418 m for nitrate, 38-172 m for ammonium and 60-560 m for phosphate) in comparison to enriched streams (56-508 m for nitrate, 35 -253 m for ammonium and 77-391 m for phosphate). Non-enriched streams showed higher uptake velocities (maximum of 123 mm min-1 for nitrate, 68 mm min-1 for ammonium and 17 mm min-1 for phosphate), as well as uptake rates (µg m-2 min-1) greater than enriched streams. Nitrate had higher ambient uptake rates (geometric mean of 999.3 µg m-2 min-1), while ammonium had lower ambient uptake length (geometric mean of 85.7 m) and higher ambient uptake velocity (geometric mean of 6.9 mm min-1). The uptake kinetics modelling suggested that no nutrient saturation occurred in any case. The Efficiency-Loss kinetic model had better fit to the experimental data than Michaelis-Menten and first-order kinetic models. The retention metrics obtained are higher than those normally reported in the literature for low-order streams in other biomes, which highlights the importance of preservation and conservation of tropical streams. Special attention should be given to the control and management of the land use forms in these watersheds. The studied streams play a relevant role as sinks of N and P, indicating they are strategic watercourses regarding the environmental service of nutrient uptake.

Obwohl Böden des Kronendachs (canopy soils) deutlich zur oberiridischen labilen Biomasse beitragen können, werden sie oft in Studien über Nährstoffkreisläufe übersehen. In Wäldern mit einem großen Vorkommen an Böden im Kronendach, wie beispielsweise jene in tropischen Bergregionen, könnte dies zu einem unvollständigen Verständnis der Gesamt-Nährstoffprozesse des Waldes beitragen. Böden im Kronendach sind Ansammlungen organischen Materials, welche gewöhnlich auf Zweigen von Bäumen tropischer Wälder zu finden sind. Sie bestehen in erster Linie aus zersetztem epiphytischen Material aber umfassen auch herunterfallendes Laub, Staub, wirbellose Tiere, Pilze und Mikroorganismen. Es gibt nur eine Handvoll Studien, die Stickstoff (N) Kreisläufe und/oder Treibhausgas (THG) Flüsse in Böden des Kronendachs untersucht haben und keine hat versucht die tatsächlichen Feldraten zu bestimmen oder herauszufinden, wie sich diese Böden – welche besonders sensibel gegenüber atmosphärischen Prozessen sind – mit Nährstoffdeposition ändern könnten. Diese Dissertation stellt die Ergebnisse einer Forschungsstudie dar, welche N-Umsatzraten und THG Flüsse von Böden des Kronendachs quantifiziert und untersucht, wie diese Raten durch zunehmende Mengen an N und Phosphor (P) im Boden verändert werden. In Gebieten mit atmosphärischer N- und P-Deposition, erhalten Böden des Kronendaches sowohl direkte als auch indirekte Nährstoffeinträge auf Grund von angereichertem Bestandsniederschlag und Pflanzenstreu. Es wurden folgende Umsatzraten in Böden des Kronendachs tropische Bergwälder entlang eines Höhengradienten (1000 m , 2000 m , 3000 m) gemessen: (1) asymbiotische biologische N2-Fixierung, (2) Netto- und Brutto-N-Transformation, und (3) Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O) Flüsse. Zudem wurden indirekte Auswirkungen von N-und P-Gaben, die auf dem Waldboden ausgebracht wurden, untersucht. Umsatzraten der N2-Fixierung, des N Kreislaufes und von THG Flüssen, welche in Böden des Kronendachs gemessen wurden, wurden mit denen vom Waldboden verglichen (entweder als Teil dieser Arbeit oder in parallelen Studien von zwei anderen Mitgliedern unserer Arbeitsgruppe), um die Aktivität von Böden des Kronendachs in den Kontext des gesamten Waldes zu stellen. N2-Fixierung wurde mit der Acetylenreduktionsmethode, Netto-N-Umsatzraten wurden mittels in situ Inkubationen (buried bag method) und Brutto-N-Umsatzraten wurden mit der 15N-Verdünnungsmethode (15N pool dilution technique) bestimmt. Gasflüsse wurden sowohl unter Verwendung statischer Kammern gemessen, deren Sockel permanent im Boden angebracht waren, als auch unter Verwendung regelmäßig entfernter intakter Bodenproben, die zur Gasmessung in luftdichten Einweckgläsern inkubiert wurden. Messungen der N2-Fixierung und des N Kreislaufes erfolgten während der Regen- und Trockenzeit im Feld unter Verwendung intakter Bodenproben. THG Messungen wurden fünf Mal während des Zeitraumes von einem Jahr durchgeführt. Der Waldboden unserer Standorte war 4 Jahre lang zweimal im Jahr mit moderaten Mengen an N ( 50 kg N ha-1 Jahr-1) und P (10 kg P ha-1 Jahr-1) gedüngt worden und umfasste folgende Behandlungen: Kontrolle, N-, P- und N+P-Zugaben. Das Kronendach trug 7-13 % zur gesamten Boden N2-Fixierung (Kronendach + Waldboden) bei, welche zwischen 0,8 und 1,5 kg N ha-1 Jahr-1 lag. N2-Fixierungsraten veränderten sich nur geringfüging mit der Höhenstufe, waren aber in der Trockenzeit deutlich höher als in der Regenzeit. N2-Fixierung im Waldboden wurde in N-Parzellen im Vergleich zu Kontroll- und P-Parzellen gehemmt, währen sie in Böden des Kronendachs in P-Parzellen im Vergleich zu Kontrollparzellen stimuliert wurde. Böden des Kronendachs trugen bis zu 23% zur gesamten mineralischen N-Produktion (Kronendach + Waldboden) bei; Brutto-N-Mineralisierung in Böden des Kronendachs lag zwischen 1,2 und 2,0 mg N kg-1 d-1. In Kontrollparzellen nahmen Brutto-Umsatzraten von Ammonium (NH4+) mit zunehmender Höhe ab, wohingegen Brutto-Umsatzraten von Nitrat (NO3-) keinen klaren Trend mit der Höhenstufe aufwiesen, aber signifikant durch die Saison beeinflusst wurden. Effekte durch Nährstoff-Zugabe unterschieden sich je nach Höhenstufe, aber kombinierte N+P-Zugabe erhöhte in der Regel auf allen Höhenstufen die N-Umsatzraten. CO2 Emissionsraten von Böden des Kronendachs berechnet auf der Basis der Fläche von Gaskammern (10,5 bis 109,5 mg CO2-C m-2 h-1) waren ähnlich denen vom Waldboden ähnlich und nahmen mit zunehmender Höhenstufe ab. Emissionen vom Kronendach, berechnet auf der Basis der Waldfläche (0,15 bis 0,51 Mg CO2-C m-2 h-1), machten jedoch nur 5-11% der gesamten Boden-CO2 Emissionen (Kronendach + Waldboden) aus. CH4 Flüsse (-0,07 bis 0,02 kg CH4-C ha-1 Jahr-1) und N2O Flüsse (0,00 bis 0,01 kg N2O-N ha-1 Jahr-1) von Böden des Kronendachs machten weniger als 5% der Gesamtflüsse von Böden aus. P-Zugabe reduzierte CH4 Emissionen in allen Höhenstufen, so dass Böden des Kronendachs als leichte CH4 Senken agierten (-10,8 bis -2,94 μg CH4-C m-2 h-1). Nur in 2000 m wurden Böden des Kronendachs unter N Zugabe zu leichten N2O Quellen (2,43 ± 3,72 μg N2O-N m-2 h-1), wohingegen P Zugabe die CO2 emissionen um ungefähr 50% reduzierte. Die Ergebnisse zeigen, dass Böden des Kronendachs eine aktive Mikrobengemeinschaft besitzen, welche wertvolle Dienstleistungen hinsichtlich von Nährstoffkreisläufen für das Ökosystem des Kronendachs erbringt. Zusätzlich, war der Nährstoffkreislauf der Böden des Kronendachs in unseren Wäldern eindeutig an die Nährstoffverfügbarkeit des Waldbodens gekoppelt, was im Gegensatz zu Theorien steht, die besagen dass Böden des Kronendachs vom Nährstoffkreislauf der Waldböden entkoppelt seien. Wir haben festgestellt, dass Böden des Kronendachs in höheren Lagen eher einen wesentlichen Anteil des gesamten Wald-Nährstoffkreislaufes ausmachen; dies sollte in Studien berücksichtigt werden, die sich mit Nährstoffkreisläufen solcher Gegenden beschäftigen. Langfristige atmosphärische N- und P-Deposition verfügt über das Potenzial, die Dynamik von Nährstoffflüssen im Kronendach erheblich zu verändern. N-Deposition könnte die N2-Fixierung hemmen, wobei “hotspots“ weiterhin in Bereichen mit großen Mengen an P vorkommen. Interne N-Kreisläufe in Böden des Kronendachs werden wahrscheinlich durch N -und P-Deposition stimuliert werden, aber chronischen Nährstoffzugabe könnte auch zu erhöhten mineralischen N-Verlusten aus dem Bodensystem des Kronendachs führen. THG-relevante Prozesse in Böden des Kronendachs werden wahrscheinlich auch auf N- und P-Deposition reagieren, aber mit Ausnahme von CO2-Emissionen ist es unwahrscheinlich, dass Gasflüsse von Böden des Kronendachs wesentlich zum gesamten THG-Budget des Waldes beitragen.